Terbitnya Fajar Bagi Sang Semesta

Ketika alam semesta berumur sekitar 150 juta tahun, kala itu alam semesta masih berada dalam zaman kegelapan. Waktu ketika alam semesta masih gelap gulita dan sebelum terbentuknya bintang-bintang.

Alam semesta kala ini masih diisi oleh materi berupa awan gas, yang tersusun dari hidrogen dan helium. Awan gas ini tidak tersebar secara merata, ada berbagai wilayah dimana kerapatannya lebih besar daripada wilayah lainnya. 

Simulasi Distribusi Materi di Alam Semesta

Seiring dengan berjalannya waktu dan pengembangan alam semesta, gas-gas yang mengisi di wilayah yang kurang rapat akan tertarik ke wilayah yang lebih rapat akibat gravitasi, menyebabkan wilayah ini semakin kurang rapat.

Sedangkan gas-gas di wilayah yang lebih rapat akan saling tarik-menarik dan terkumpul secara perlahan. Hal ini terjadi di segala penjuru semesta.

Gumpalan gas ini mulai memanas seiring dengan kerapatanya makin besar. Akibatnya gas-gas ini mengalami Reionisasi, yaitu proses terlepasnya elektron-elektron dari atom dan meninggalkan inti atom yang bermuatan positif.

Gaya gravitasi yang begitu kuat dari gumpalan gas yang sangat masif ini mampu mengalahkan tekanan gas yang semakin besar akibat pemanasan. Dan juga gaya tolak-menolak (gaya elektromagnetik) antara inti-inti atom yang bemuatan positif.

Karena gravitasi, lama kelamaan gas-gas yang semakin memanas ini membentuk stuktur bulat yang berotasi yang disebut sebagai Proto-bintang. Suhunya bisa mencapai 2000 sampai 3000 Kelvin.

Namun suhu ini masih belum cukup untuk melakukan reaksi termonuklir. Fase proto-bintang ini bisa berlangsung selama 100 ribu sampai 10 juta tahun tergantung pada massa dan ukuran bintang yang terbentuk.

Gambar Inframerah dari Proto-bintang HOPS 383 di Nebula Orion
Kredit : NASA/JPL-Caltech/Univ. of Toledo; E. Safron et al.

Seiring waktu suhu dalam proto-bintang semakin tinggi. Ketika mencapai 10 juta Kelvin, inti atom yang memiliki energi kinetik yang begitu tinggi saling. Akibatnya terjadilah reaksi termonuklir (reaksi fusi).

Reaksi fusi terjadi antara inti-inti atom dan membentuk inti baru yang lebih berat dengan jumlah nukleon yang lebih banyak, proses ini disebut dengan Nukleosistesis.

Terbentuklah bintang sejati yang mampu melakukan reaksi termonuklir. Proses pembentukan bintang ini bisa berlangsung selama lebih dari 10 juta tahun sejak awan gas mulai mengumpul.

Reaksi fusi nuklir di dalam bintang yang baru terbentuk menghasilkan radiasi dengan energi tinggi. Radiasi ini menyebabkan bintang bersinar dan menghasilkan tekanan yang begitu besar ke arah luar yang mampu melawan gaya gravitasi. 

Akibatnya bintang agak mengembang sedikit lalu mencapai kesetimbangan hidrostatik.

Kesetimbangan Hidrostatik pada Bintang

Bintang berada pada kesetimbangan hidrostatik yang mencegah bintang berhaburan ke arah luar karena tekanan gas dan radiasi serta mencegah bintang runtuh akibat gravitasinya sendiri.

Bintang pada awalnya menggunakan hidrogen sebagai bahan bakarnya dan membentuk helium. Proses ini berlangsung selama jutaan bahkan miliyaran tahun sampai jumlah hidrogen habis. 

Mendekati akhir hayatnya bintang akan menggunakan helium dan membentuk inti atom yang lebih berat seperti karbon, oksigen, silikon, dan besi.

Bintang-bintang yang terbentuk pertama kali di alam semesta merupakan bintang generasi pertama yang juga termasuk ke dalam kelompok bintang populasi III. 

Bintang populasi III ini diduga memiliki ciri yang umumnya berukuran raksasa, dengan umur yang sangat tua (lebih dekat ke big bing daripada saat ini) dan mengandung sangat sedikit unsur logam dibanding dengan populasi lainnya.

Keberadaan bintang populasi III sampai saat ini belum terobservasi secara langsung. Kemungkinan karena bintang-bintang ini telah mati jauh sebelum terbentuknya matahari dan tata surya.

Bintang paling tua yang ditemukan sampai saat ini adalah HD 140283 atau Bintang Methuselah. Bintang ini telah berusia 12 miliyar tahun yang merupakan bintang populasi II. Bintang populasi II mempunyai kadar logam yang rendah.

Sedangkan bintang populasi I memiliki kadar logam tertinggi diantara populasi lainnya dan relatif berusia lebih muda. Matahari kita merupakan bintang populasi I yang baru berusia 4,6 miliyar tahun.

Saat ini pembentukan bintang masih terus terjadi. Bintang-bintang ini terbentuk di Nebula, yaitu awan raksasa yang terdiri dari gas dan debu. Nebula tersebar di seluruh galaksi dan sebagian nebula ini juga terbentuk oleh sisa-sisa materi dari bintang yang telah mati.

"Habis gelap terbitlah terang", itulah yang terjadi dalam riwayat alam semesta. Terbentuknya bintang-bintang mengakhiri zaman kegelapan dan mulai terbitnya fajar bagi sang semesta.